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TERMOMETRIA. Termometria. Termologia é a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao aquecimento, resfriamento ou mudanças de estado físico em corpos que recebem ou cedem um determinado tipo de energia.

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TERMOMETRIA

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Presentation Transcript


TERMOMETRIA


Termometria

  • Termologia é a parte da física que estuda os fenômenos relativos ao aquecimento, resfriamento ou mudanças de estado físico em corpos que recebem ou cedem um determinado tipo de energia.

  • Temperatura é a grandeza que caracteriza o estado térmico de um sistema. Medida do grau de agitação das partículas.

T1

T2

<


Termometria

  • Como não se pode medir as vibração de cada molécula, medimos a temperatura de forma indireta, utilizando substâncias que varie com a temperatura.

  • Grandezas termométricas:

  • Exemplos:


Termometria

  • Comprimento:

Régua metálica - quando aquecida sofre um aumento em seu comprimento. A substância termométrica é a régua metálica e a grandeza termométrica é o seu comprimento.


Termometria

  • Volume ou altura de um líquido: um líquido sofre variação em sua altura ao sofrer uma variação de temperatura.


Termometria

  • Pressão : um gás ao sofrer variação de pressão a volume constante, terá uma variação de temperatura.


Termometria

  • Resistência: ocorrendo aumento na resistência, temos maior energia transformada em efeito joule, calor.


4. Escalas Termométricas

Escala Celsius (0C)

Escala Fahrenheit (0F)

Escala Kelvin (K)

Pontos Fixos

Ponto de Vapor

100

212

373

Ponto de Fusão

0

32

273


4. Conversões entre escalas

Escala Kelvin (K)

Escala Fahrenheit (0F)

Escala Celsius (0C)

373

212

100

373 - 273

212 - 32

100 - 0

θK

θF

θC

θC - 0

θF - 32

θK - 273

273

32

0


  • Página 34

  • F1) Pesquisadores sugerem a possibilidade de computação quântica baseada em tecnologias padronizadas de fabricação de microeletrônicos, utilizando um material semicondutor, rênio ou nióbio, sobre uma superfície semicondutora que, quando resfriada próximo do zero absoluto, exibe comportamento quântico.

  • Dentre os valores, o mais próximo do zero absoluto é

  • A) 1°C B) 31°F C) – 4K D) 274K E) -270°C.


Página 34

F2) Mergulham-se dois termômetros na água: um graduado na escala Celsius e outro na Fahrenheit. Espera-se o equilíbrio térmico e nota-se que a diferença entre as leituras nos dois termômetros é igual a 92. A temperatura da água valerá, portanto,

A) 28°C e 120°F

B) 32°C e 124°F

C) 75°C e 167°F

D) 60°C e 152°F


P1) Em relação ao conceito de temperatura, analise:

I – É possível atribuir uma temperatura ao vácuo ideal.

II – Dois corpos que possuem a mesma energia térmica possuem necessariamente a mesma temperatura.

III – A temperatura é uma grandeza macroscópica.

IV – Quando um corpo recebe calor, sua temperatura necessariamente aumenta.


  • Está correto apenas o contido em

  • II

  • III

  • I e III

  • I e IV

  • II e IV.


P3) Um termoscópio é um dispositivo experimental, como mostrado na figura, capaz de indicar a temperatura a partir da variação da altura da coluna de um líquido que existe dentro dele. Um aluno verificou que, quando a temperatura na qual o termoscópio estava submetido era de 10°C, ele indicava uma altura de 5mm. Percebeu ainda que, quando a altura havia aumentado para 25mm, a temperatura era de 15°C.

Quando a temperatura for de 20°C, a altura da coluna de líquido, em mm, será de


  • 25

  • 30

  • 35

  • 40

  • 45


  • Página 37

  • P11) O mercúrio, que corre dentro dos termômetros, por exemplo, não molha o vidro, nem qualquer tipo de papel. Isso ocorre porque os átomos de mercúrio

  • Em contato com a superfície do vidro se desfazem, espalhando-se

  • Possuem força de coesão maior que a força de atração com a superfície do vidro

  • São polares e as moléculas da superfície do vidro são apolares

  • Possuem força de atração com a superfície do vidro maior que a força de coesão.


DILATAÇÃO TÉRMICADOS SÓLIDOS!


Conceitos

Dilatação térmica

Com aumento da temperatura de um corpo, aumenta a agitação das partículas desse corpo. Consequentemente, as partículas se afastam umas das outras, provocando um aumento das dimensões do corpo.


DILATAÇÃO

TÉRMICA


DILATAÇÃO LINEAR


Aplicações

Lâminas bimetálicas


Fios de eletricidade


juntas de dilatação

efeitos da dilatação térmica


Se as armações sofrerem a mesma variação de temperatura, elas não se deformarão, os pontos de contato não trocarão forças entre si, elas manterão o formato inicial, mas com dimensões maiores e,

todos os ângulos internos permanecerão os mesmos. Observe que seus comprimentos não se dilatam por igual, a hipotenusa se dilata mais que os catetos.


ENEM) Quatro novos empregados de uma empresa que constrói estradas de ferro souberam que ela iria construir uma nova ferrovia. Conversando sobre a finalidade das juntas de dilatação (espaço deixado entre os trilhos ), surgiram opiniões diferentes entre eles:

Adão: acha desnecessária a existência das juntas de dilatação porque não acredita que, com o calor, os trilhos aumentem de tamanho.

Bento: acha que o trilho aumenta de tamanho porque ele sente calor quando está quente e se encolhe quando está frio.


  • Carlos: acha que o trilho aumenta de tamanho porque as partículas do ferro crescem quando está quente e que diminuem quando está frio.

  • Diogo: acha que o trilho aumenta de tamanho, com o calor, porque as partículas de ferro vibram mais, e diminuem com o frio, porque vibram menos.

  • A interpretação cientificamente correta é a de

  • Adão

  • Bento

  • Carlos e Bento

  • Carlos

  • Diogo.


DILATAÇÃO SUPERFICIAL

β = 2 α


Aplicações


DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA

γ =3α


Aplicações


Página 34

F3) Em um experimento para demonstrar a dilatação térmica dos materiais sólidos forma utilizados os seguintes materiais: um cilindro metálico de raio r1 e uma placa, também metálica, com um orifício circular de raio r2 coincidente com o seu centro geométrico. O cilindro e a placa são constituídos por materiais diferentes cujos coeficientes de dilatação térmica linear são respectivamente, α1 e α2. Quando o cilindro e a placa estão em equilíbrio térmico com o meio ambiente, observa-se que o cilindro pode atravessar, sem folga, o orifício na placa. Com relação a esse experimento, assinale o que for correto.


01- Se α1 > α2 e somente a placa for aquecida, o cilindro passará através do orifício.

02 – Se o cilindro e a placa forem igualmente aquecidos e α1 >α2, o cilindro passará através do orifício.

04 – Se o cilindro e a placa forem igualmente aquecidos e α1<α2, o cilindro passará através do orifício.

08 – se o cilindro e a placa forem igualmente resfriados e α1 > α2, o cilindro não passará através do orifício.

16 – se α1 = α2 e somente o cilindro for aquecido, ele passará através do orifício.


F5) Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura acima. Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10cm e, o da inferior, 2cm. Se a barra, de alumínio, inicialmente à temperatura de 25°C, for aquecida a 225°C, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de


  • Dados: coeficiente de dilatação linear do alumínio:

  • 2 x 10-5 °C-1 .

  • 1mm

  • 3mm

  • 6mm

  • 12mm

  • 30mm.


10cm

30cm

2cm


DILATAÇÃO DE LÍQUIDOS

Introdução – os líquidos não possuem forma própria, adquirindo o formato do recipiente onde estão contidos. Por esse motivo sofrem apenas dilatação volumétrica.


DILATAÇÃO DE LÍQUIDOS

Essa variação é a chamada Dilatação Aparente .


Conclusão :

  • Os Líquidos dilatam mais que os sólidos.

2. O volume de líquido que transborda é a dilatação Aparente.

  • EX.: Tanques de gasolina


ΔVlíquido = ΔVaparente + ΔVrecipiente


Página 37 – Frente B.

P14) Uma caixa cúbica metálica de 10L está completamente cheia de óleo, quando a temperatura do conjunto é de 20°C. Elevando-se a temperatura até 30°C, um volume igual a 80 cm3

de óleo transborda. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação volumétrica do óleo é igual a 0,90 x 10-3 °C-1, qual é o valor do coeficiente de dilatação linear do metal, em unidades de 10-6 °C-1 ?


1L = 1000 cm3

10L = 1 x 104 cm3

ΔVap = ΔVliq. – ΔVrec.

80 = 1 x 104 x 0,90 x 10-3 x 10 - 1 x 104 x γ x 10

80 = 90 - 30 x 104γ

-10 = -105γ

γ = 10 x 10-5 °C-1 = 100 x 10-6 °C-1

γ = 3. α

α = 100/3 x 10-6 °C-1


E1) Durante uma ação de fiscalização em postos de combustíveis, foi encontrado um mecanismo inusitado para enganar o consumidor. Durante o inverno, o responsável por um posto de combustível compra álcool por R$ 0,50/litro, a uma temperatura de 5°C. Para revender o líquido aos motoristas, instalou um mecanismo na bomba de combustível para aquecê-lo, para que atinja a temperatura de 35°C, sendo o litro do álcool revendido a R$ 1,60. Diariamente o posto compra 20 mil litros de álcool a 5°C e os revende.


  • Com relação à situação hipotética descrita no texto e dado que o coeficiente de dilatação volumétrico do álcool é de 1x10-3 °C-1 , desprezando-se o custo da energia gasta no aquecimento do combustível, o ganho financeiro que o dono do posto teria obtido devido ao aquecimento do álcool após uma semana de venda estaria entre

  • R$ 500,00 e R$ 1000,00

  • R$ 1050,00 e R$ 1250,00

  • R$ 4000,00 e R$ 5000,00

  • R$ 6000,00 e R$ 6900,00

  • R$ 7000,00 e R$ 7950,00


ΔV = Vo . γ . ΔT

ΔV = 20 x103 x 1x10-3 x 30

ΔV = 600 litros

Em uma semana : 600 x7= 4200 litros.

4200 x 1,60 = 6720.

R$ 6720,00 GANHO SOMENTE COM A DILATAÇÃO.

LETRA D.


E3) A gasolina é vendida por litro, mas, em sua utilização como combustível, a massa e o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos pontos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos:


I – Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia, pois estaria comprando mais massa por litro de combustível.

II – Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível por para cada litro.

III – Se a gasolina fosse vendida por Kg em vez de litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido.


Dilatação da Água.

Aquecendo certa massa m de água,

inicialmente a 0º C , até a temperatura

de100ºC ,verificamos que de 0ºC a 4ºC

o volume diminui ,pois o nível da água

no recipiente baixa , ocorrendo a

contração . A partir de 4ºC ,

continuando o aquecimento , o nível da

água sobe , o que significa aumento de

volume , ocorrendo a dilatação .


Se medirmos 1 litro de água em diferentes temperaturas,

vamos obter o seguinte gráfico, volume x temperatura:


Aplicações


Página 34

F4) A água, substância fundamental para a vida no planeta, apresenta uma dilatação anômala. Suponha que um recipiente, feito com um determinado material hipotético, se encontre completamente cheio de água a 4°C.

De acordo com o gráfico e seus conhecimentos, é correto afirmar que


V

água

Material hipotético

T(°C)


  • Apenas a diminuição de temperatura fará com que a água transborde.

  • Tanto o aumento da temperatura quanto sua diminuição não provocarão o transbordamento da água.

  • Qualquer variação de temperatura fará com que a água transborde.

  • A água transbordará apenas para temperaturas negativas.

  • A água não transbordará com um aumento de temperatura, somente se o calor específico da substância for menor que o da água.


Propagação do calor

Bons condutores de calor - metais

Maus condutores de calor - madeira

borracha

O calor pode ser transportado por:

a . Condução : transmissão de energia de

uma molécula para a outra


b . Convecção : transmissão de calor

pelo movimento da

matéria


c. irradiação : transmissão do calor

por meio de raios

infravermelhos.

Ex.: aquecimento da Terra pelo Sol


Quantidade de calor

  • A quantidade de calor é medida em calorias (cal )

  • Caloria ou pequena caloria : é a quantidade de calor necessário para elevar em 1 º C a temperatura de 1 g de água, sob condições de pressão normal

  • Derivações : grande caloria ou quilocaloria ( Kcal )

    1 Kcal = 1000 cal


Calor específico

  • Definição : quantidade de calor ( em cal ) que eleva em 1 ºC a massa de 1 g de determinada substância ( ver tabela da pag. 105 )

  • Essa quantidade de calor que altera a temperatura de um corpo é denominada calor sensível e o seu cálculo é feito baseado na seguinte expressão :


Q = m. c. vt

Q = quantidade de calor necessária

para elevevar a temperatura de

um corpo. unidade = cal

m = massa do corpo

unidade = g, Kg, t

c = calor específico da substância

unidade = cal/g ºC

vt = variação da temperatura do corpo

unidade = ºC


Calor latente

  • Definição : quantidade de calor absorvida ou perdida que não afeta a temperatura de determinada substância

  • Para calor latente usamos:

    Q = m. L

    Q = quantidade de calor ( cal )

    m = massa do corpo ( g )

    L = calor latente de uma substância (cal/g)


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